atıksuların arıtılması dersi -...
Post on 19-Jun-2018
238 Views
Preview:
TRANSCRIPT
12.03.2012
1
1
Atıksuların Arıtılması DersiCEV411
Aktif Çamur Sistemleri, Organik Karbon, Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi
- Aktif Çamur Prosesi -
4. Hafta
2
Dersin Kapsamı ve Önemi
1. Kirletici Parametreler ve Tasarım Verileri2. Deşarj Standartları (AB, Kentsel Atıksuların Arıtılması)3. Atıksu miktarları4. Arıtma tesislerinde debi ve parametrelerin kütle dengesi5. Organik Karbon Giderimi ve Reaktör Tasarımı6. Nitrifikasyon ve Reaktör Tasarımı7. Denitrifikasyon Proses Tasarımı8. Son Çökeltme Tankı Tasarımı9. Reaktör konfigürasyonları ve uygulamaları
Tokat-Yeşilırmak
3
1. Kirletici Parametreler ve Tasarım Verileri
1. Debi: Qortalama, Qmax, Qmin, Qpeak
2. Organik Madde: KOİ, BOİ5, TOK3. Azot: TKN, NH4-N4. Fosfor: TP, Ortho-P5. Spesifik Kirleticiler: Mikrokirleticiler, Zenobiyotikler vs.
Kirletici Parametreler: Partiküler, Çözünmüş!!
KOİ = Çözünmüş KOİ + Partiküler KOİTKN = (NH4-N + Çöz. Org. Azot) + Part. Org. AzotTP = (PO4-P + Çöz. Org. Fosfor) + Part. Org. Fosfor
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
2
4
1. Kirletici Parametreler (Metcalf ve Eddy, 2003)
Zayıf Orta Kuvvetli Toplam katı madde(TKM), mg/L Toplam çözünmüş madde (TÇM), mg/L Toplam askıda madde (TAM), mg/L Çökebilen madde, mg/L BOİ5, mg/L TOK, mg/L KOİ, mg/L Azot (Top N), mg/L Organik, mg/L Amonyum, mg/L Nitrit + nitrat, mg/L Fosfor (Top P), mg/L Organik, mg/L İnorganik, mg/L Klorür, mg/L Sülfat, mg/L Alkalinite, mg/L as CaCO3 Yağ ve gres, mg/L Toplam koliform, no/100 mL
350 250 100 5
110 80
250 20 8 12 0 4 1 3 30 20 50 50
106~107
720 500 200 10
220 160 500 40 14 25 0 8 3 5
50 30
100 100
107~108
1200 850 350 20 400 290
1000 85 35 50 0
15 5
10 100 50 200 150
107~109
Konsantrasyon
5
Parametreler Konsantrasyon Minimum arıtma verimi, %
BOİ5 25 mg/l 70-90
KOİ 125 mg/l 75
AKM 35 mg/l 90
Toplam Azot (*) 15 mg/l (N=10000-100 000)10 mg/l (N>100 000 )
70-80
Toplam Fosfor(*) 2 mg/l (N=10000-100 000 )1 mg/l (N>100 000 )
80
2. AAT Deşarj Standartları (Kentsel Atıksuların Arıtılması Yönt.)
(*) Ötrofikasyona tabi hassas alanlara kentsel atık su arıtma tesislerinden boşaltmalar için şartlar. Yerel şartlara bağlı olarak parametrelerin biri yada ikisi birden uygulanabilir. Konsantrasyon değerleri yada azalma yüzdeleri uygulanacaktır. (AB: EEC271-1991) (TC: Resmi Gazete 26047 nolu 8.01.2006 terihli kanun)
6
3. Atıksu Miktarı: Debi (Flowrates)
Metcalf & Eddy, 2003
Qpeak
Qort
Qmax
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
3
7
Debiler (İstatistiksel Değerlendirme)
Henze et al., 1995
Qmax
Qort
%85 undercut (ATV131, 2000)
8
9
Parametre Birim DeğerQortalama m3/gün 600,000KOİ mg/L 450BOİ5 mg/L 220TKN mg/L 50AKM mg/L 310UAKM mg/L 210TP mg/L 8.1
Örnek: Kadıköy Atıksuyunun Konvansiyonel Karakterizasyonu(ref: Okutman, 2001)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
4
10
4. Kirletici Parametrelerin Kütle Dengesi
QGirişKOİ = 450TKN = 50AKM = 310TP = 8
Qfiltrat2AKM = 300KOİ = 700TKN = 450TP = 150
Qfiltrat1AKM = 200TKN = 40TP = 9
11
5. Organik Madde Giderimi ve Proses Tasarımı
Giriş (Qin) Çıkış
Geri Devir (RAS) Fazla Çamur
(PX)
Aktif ÇamurReaktörü
SonÇökeltme
Standart Tasarım Parametreleri:
F/M oranı Çamur Yaşı (SRT) Hidrolik Bekletme Süresi (HRT)
Insel vd., 2006Deri OSB-WWTP
12
Oxidation Ditch
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
5
13
5. Organik Madde Giderimi ve Proses Tasarımı
Sadece BOİ5 ve toplam KOİ parametreleri proses tasarımı açısından yeterli olamamaktadır?
Toplam KOİ okside olabilen tüm organiklerin bir eşdeğerini göstermektedir.
Toplam KOİ parametresini fraksiyonlar halinde getirmemiz kolaylık sağlayacaktır.
f = (BOI5 ÷ COD) = 0.4-0.6 buzdağı etkisi !!
BOİ5 deney koşulları: poorly conditioned
F/M (Besin/Biyokütle) parametresi
14
KOİ Fraksiyonları
Toplam KOİ (CT)
Çözünmüş KOİ (ST)
Partiküler KOİ (XT)
Çözünmüş İnert KOİ
(SI)
Kolay AyrışabilenKOİ (Ss)
Yavaş AyrışanKOİ (Xs)
Partiküler İnert KOİ
(XI)
BOİ5L=BOİu
?
CS BOİuCS = SS+XS
<0.45 micron >0.45 micron
15
H2O
hydrolysis
growth decay
XH
SS
XS
XP
O2
H2O
O2
Organik Karbon Giderim Modeli
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
6
16
Respirometre-OTH
İTÜ Çevre Mühendisliği /Dr. Sedat Üründül Laboratuvarı
17
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
20
40
60
80
100
120
140
160
time [hour]
respiration rate [mgO2/l.h]
nitrite
ammonia
acetate
wastewaterwastewater
18
KOİ Fraksiyonları
Evsel Atıksu KOİ Fraksiyonları- İstanbul
Fraksiyon Konsant. Fraksiyon
SI 22 mg/l 5%
SS 45 mg/l 10%
XS 338 mg/l 75%
XI 45 mg/l 10%
Orhon, D., Ateş, E., Sözen, S. and Ubay Çokgör, E. (1997) Characterization and COD fractionation of domestic wastewaters, Environmental Pollution, 95, 2, 191-204.
• Ayrışabilen KOİ: Respirometrik (OTH) yöntemler• İnert KOİ: AAT Çıkış suyu analizi ve analitik yöntemler
VSS (UAKM)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
7
19
Karbon Giderimi Reaksiyonları
Heterotrofik Çoğalma
Hidroliz
İçsel Solunum
Partiküler maddelerin oluşumu (İçsel Solunum)
HSS
SHXH X.
SKS.ˆr
HdHX Xkr
ShSS
SX X.kdt
dXdt
dSr
HddP
PX X.k.fdt
dXr
20
5. Organik Madde Giderimi ve Proses Tasarımı
Pg747-Metcalf & Eddy, 2003
21
Karbon Giderimi Stokiyometrisi
Ayrışabilen KOİ (SS+XS)
Oksijen(1-YH)
Biyokütle (hücre COD )YH (g hücreKOİ /g KOİ)
YH = 0.5-0.67 ghücre KOİ / gKOİ1 g UAKM = 1.42-1.48 g KOİUAKM / AKM = 0.7-0.9
YN
HdHS
HXH XkX.SK
S.ˆr
Çoğalma ve Ölüm Kinetiği
Xd
HN k
YY
1
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
8
22
Karbon Giderimi 20Tmaxk)T(k
23
KOİ Kütle Dengesi
SISS
XSXI
SIXH
SIXS
XI
KOİSI
XHXI
AKM-UAKM
AKM-UAKM
10-20 mg/lÇıkış AKM
Endüstriyel!
24
Karbon Giderimi Proses Hesabı (KOİ Bazlı)
1. Konvansiyonel Atıksu KarakterizasyonuParametre Birim DeğerQortalama m3/gün 50,000KOİ mg/L 450BOİ5 mg/L 220TKN* mg/L 50AKM mg/L 310UAKM mg/L 210TP mg/L 8.1Alkalinite mgCaCO3/L 320
2. KOİ Fraksiyonlarının belirlenmesi
Fraksiyon KonsantrasyonSI 22 mg/l 5% SS 45 mg/l 10%XS 338 mg/l 75%XI 45 mg/l 10%CS 383 mg/l 85%
* Tamamı Ayrışabilir
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
9
25
Karbon Giderimi Proses Hesabı (KOİ Bazlı)
1. Tasarım Verileri• Atıksu karakterizasyonu• Seçilen Çamur Yaşı, X = 5 gün (!)• Reaktördeki MLSS konsantrasyonu 3500 g/m3
• Soğuk havada proses sıcaklığı = 15 C
2. Günlük Çamur oluşumunun bulunması
Xd
Xdd
XdXVSS k
SSQYkfk
SSYQP
1)(
1)( 00Biyokütle çoğalması:
QXP IXI İnert Organik Madde:
Girişteki inert katı madde:(AKM-UAKM)
Q)UAKMAKM(PXF
XfIXXVSSXToplam PPPP Toplam Çamur Miktarı:
Reaktörde Giderilemeyen UAKM
26Xd
Xdd
XdXBM k
)SS(Qkfk
)SS(YQP
11
00
12015202015 10041120 gün...kk )(T
dd
Tasarım
12015202015 6307105 gün...ˆˆ )(T
mHmH
CT 015
l/mgKOİ)*.(*.
)*.()k(ˆ
)k(KSXdXmH
XdS 25101563
5101201
1
Çıkış suyu kalitesi (mgKOİ/l)
L/mgKS 20
Sıcaklığa bağlı kinetik
Çamur Oluşumu, PX
27
Xd
Xdd
XdXBio k
)SS(Qkfk
)SS(YQP
11
00
5101523830005010080
5101238345000050
.)(,..
.)(.,PXBio
gün/kgUAKM)(PXBio 62555105745
80.)AKM
UAKM(SS
VSS gün/kgAKM
.PXBio 7818
806255
gün/kgKOİQXP IXI 22501000
15000045
AKMUAKM.
gUAKMgKOİ.
gün/kgKOİQXP IXI80
1
421
12250
gün/kgAKM1980
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
10
28
Karbon Giderimi Proses Hesabı (KOİ Bazlı)
3. Reaktörün hacmi, VT
X
TTXT
XVP
Reakt. MLSS: XT= 2000 – 5000 g/m3
X = 5 gün
Reaktör Geometrisi (Autocad örneği!)
Oksidasyon Havuzu-Carousel
Piston Akımlı Reaktör
Dikdörtgensel-Tam karışımlı
Atnalı tipi reaktör
Dairesel Reaktör
29
gün/kg)(Q)UAKMAKM(PXf 50001000
150000210310
gün/kgPPPP XfXIXBioXT 14800500019807818
X
TXT
XVP
5
5314800 .VT
Reaktör Hacmi, V
321142mVT
Hsu = 5 m
Alan = 4228 m2
Ödev: Önçökeltme yapılması durumunda reaktör hacmini hesaplayınız? (M&E, 2003, pg405)
30
AE X
prop
0,3
Değişik tank uygulama şekilleri
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
11
31
Karbon Giderimi Proses Hesabı (KOİ Bazlı)
4. Oksijen İhtiyacı, ORC
XVSSP.)SS(QOR 4210
)T(
LH,T,S
,S .)CC(F
CORSOR 2020 0241
Standard Şartlardaki oksijen ihtiyacı, SOR
32
)T(
LH,T,S
,S .)CC(F
CORSOR 2020 0241
SOR: Standart şartlardaki oksijen ihtiyacı (kgO2/gün)
: Oksijen transferi düzeltme faktörü (0.6-1.2)
: Tuzluluk yüzey gerilimi düzeltme faktörü (0.8-1.0)
F: Difüzör tıkanma faktörü (0.65-0.9), (mekanik hav: F=1.0)
CS,T,H: Proses şartlarındaki oksijen doygunluk konsantrasyonu (mg/l)!!
T: Aktif çamur proses sıcaklığı (C)
33
XBioP.)SS(QOR 4210
8883190506255421238350000 .)(
gün/kgO210167
gün/kgOOR.SOR 217795751
)(.),,.(..
.ORSOR 2015024100200118090750
09
gün/kg.SOR 10167751
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
12
34
Karbon Giderimi + Nitrifikasyon Proses Hesabı
Nitrifikasyon Kinetiği
35
DOKDO
NKN
Onmnn
120152015 4601031750 gün...ˆ )(T
mnmn
120152015 060041080 gün...kk )(T
dndn
L/mg...KK )(Tnn 6300351750 201520
15
dnOn
mnXA
kDOK
DONK
N
1
0600250
0250630
504601 ...
...
..XA
gün.minXA 79 Minimum aerobik çamur yaşı
36
Nitrifikasyon Proses Hesabı
gün.minXA 79Pik faktörü (TKNpik/TKNort) = 1.2
gün.*.PF nXAmiXA 127921
l/mgKOİ.)*.(*.
)*.()k(ˆ
)k(KSXdXmH
XdS 7212101563
12101201
1
Xdn
xn
Xd
Xdd
XdXBio k
)NO(YQk
)SS(Qkfk
)SS(YQP
111
00
L/mg..
.UAKMAKM)...(
QPXBio 74121
8013997392716378
L/mgN.NOx 3950780
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
13
37
Nitrifikasyon Proses Hesabı
L/mgN..Q
P.NTKNNO XBioex 3968115050120
gün/kgmkg.*
günm.QPXBio 60871217405000074121 3
3
gün/kgKOİQXP IXI 22501000
15000045
AKMUAKM.
gUAKMgKOİ.
gün/kgKOİQXP IXI80
1
421
12250
gün/kgAKM1980
gün/kgPPPP XfXIXBioXT 13060500019806087
38
Nitrifikasyon Proses Hesabı
gün/kgPPPP XfXIXBioXT 13060500019806087
X
TTXT
XVP
12
5313060 .VT
344780mVT
NOxQ.P.)SS(QOR XBio 3344210
Oksijen İhtiyacı, OR
100037500003344262421
1000238350000
..)(OR
gün/kgOR 182007794104057794864519050
39
Nitrifikasyon Proses Hesabı
)T(
LH,T,S
,S .)CC(F
CORSOR 2020 0241
gün/kgOOR.SOR 231850751
L/mgCaCOL/gN*NgNH
gCaCO. 3257364
3147
Alkalinite Kontrolü
Kullanılan Alkalinite (nitrifikasyon)
Kalan Alkalinite = Toplam Alkalinite – Kullanılan Alkalinite
L/COmgCa 393257320
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
14
40
Karşılaştırma
Tasarım Parametresi Birim Organik Karbon
Organik Karbon +
NitrifikasyonAerobik Çamur Yaşı, XA gün 5 12
Tank Hacmi, VT m3 21,142 44,780
F/M oranı kgBOI5/kgMLVSS 0.17 0.07
Hidrolik Bekletme Süresi saat 10 21
Standart Oksijen İhtiyacı (SOR)
kgO2/gün 17,795 31,850
41
Son Çökeltme Tankları
42
Son Çökeltme Tankları
DriveScum troughScum line
Skimmer assembly
Scraper armCentershaft Influent baffle
Water level
EffluentpipeSludge
line Center scraperConcrete tank
Kesit
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
15
43
44
40.7 m diam.
Scum baffle
Walkway.
Scum line.
Influent pipe
Sludge pipe
Scum trough
Rake arm
Influent pipe
Outer sewerEffluent box
2 m × 2 m
Effluent launder
316 SS 90° V-notchsaround the weir
plate @ 39.5 cm c/c
Plan
45
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
16
46
47
Up to 200 ft
48
Up to 400 ft
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
17
49
KütleDengesi
Son Çökeltme Tankı kütle dengesi:
50
Aktif Çamur Reaktörü üzerinde kütle dengesi:
51
ALAN (A)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
18
52
Tasarım Kriterleri • Hidrolik Yük• Katı Madde Yükü (SLR)• Su derinliği, HS
Çıkış Kalitesi
Q
QR= 0.5-1.5 · Q
MLSS Konsantrasyonu
SonÇökeltme
AX)QQ(SLR MLSSR
UAKMKOİ
AKMUAKMXSSS effISeeff
AQHLR
ATV, 131 (2000)
53
Tasarım Kriterleri • Hidrolik Yükleme Hızı• Katı Madde Yükleme Hızı (SLR)• Su yüksekliği, HS
54
Tasarım
6305309
53 ...
.XX
XQ
QRRASMLSS
MLSSR
XRAS= 5000 – 12000 mg/L
24227553500006301
.).(
AX)QQ(SLR MLSSR
day.m/mAA
QHLR 232250000
h.m/kg. 225
3n
2275A
nD 22754
2
mD 31
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
19
55
56
57
Membran Biyoreaktör Modülü
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
20
58
Havalandırıcı Sistem SeçimiA. Difüzörlü Sistem
59
Difüzör...
60Problem!
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
21
61
Blower-Üfleyiciler
Santrifüj Blower Lobe-type positive displacement blower
61
62
Jet Aeration
63
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
22
64
65
66
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
23
67
68
69
Fixed aerator Floating aerator
Turbine aerator
B. Yüzeysel Havalandırıcılar
Disk aerators
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
24
70
Yüzeysel Havalandırıcılar
71
Karıştırma İhtiyacı
Difüzörlü Sistem
Mekanik Havalandırıcı
Minimum gerekli hava miktarı: Grid System: 10-15 m3/103 m3/min (hacimsel)Spiral Roll: 4.6- 10.8 L/m.sec (reaktör uzunluğunca)
Volumetrik Enerji 20-40 kW/103 m3
0.75-1.50 HP/103 ft3
72
Dikdörtgen kesitli tanklardaki yatay akış
klavuz duvarsızhavuzdaki kayıplar
simetrik kılavuz duvarlıhavuzdaki kayıplar
asimetrik kılavuz duvarlıhavuzdaki kayıplar
Vort = 0.3 m/sn = 1 feet/sec
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
25
73
Örnek:
Tankta kum birikmesi oluşmuş, çünkü tesiste kum tutucu çalışmıyor!
74
Yarı Kesikli sistemler: Ardışık Kesikli Reaktörler
Idle
Decant
Settle
React
Fill
Time
75
AKR Sistemi
Influent Holding Tank
2 Tank SBR Effluent
Influent Transfer Pumps
Influent
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
26
76
77
AKR: Doldurma ve Karıştırma Sistemi
78
AKR: Doldurma, Karıştırma ve Boşaltma Sistemi
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
12.03.2012
27
79
Advantages§ Simple operation§ Automatic failure response§ Automatic aeration control§ Lower operating cost§ Highest degree of flexibility available§ Automatic removal of tanks from service§ Power failure memory§ Monitors tank levels and flow rates§ Readily expandableDisadvantages § Slightly higher cost
80
Kaynaklar
• Metcalf & Eddy, (2003)• Qasim S., (1999)• Henze vd., (2005)• ATV-DVWK, 131
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
top related